Um homem de 800 N está de pé no ponto médio de uma escada homogênea de 5,0 m de comprimento e peso desprezível. A base da escada está a 3,0 m da parede, como mostra a figura. Supondo que o atrito entre a escada e a parede é desprezível, a força que a parede exerce sobre a escada é
Escolha uma opção:
a.
300 N
b.
600 N
C.
800 N
d.
150 N
e.
400 N
Escolha uma opção:
a.
300 N
b.
600 N
C.
800 N
d.
150 N
e.
400 N
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um homem de 800 N parado no meio de uma escada homogênea de 5,0 metros, que está apoiada na parede a 3,0 metros de distância. A escada tem peso desprezível, e o atrito na parede também é desprezível. Nosso objetivo aqui é descobrir qual a força que a parede está exercendo na escada. Para resolver isso, vamos usar conceitos de equilíbrio estático, que envolve equilibrar as forças e os torques (ou momentos) para que o sistema fique parado.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as forças atuando na escada:
- O peso do homem (800 N) atua para baixo no ponto médio da escada.
- A força da parede na escada, que tem uma componente horizontal (já que o atrito é desprezível, não tem componente vertical).
- A força na base da escada, que tem componentes horizontal e vertical (mas como o atrito na parede é zero, a componente horizontal da base será zero).
Passo 3
Agora, vamos escolher um ponto para calcular os torques. O ponto de apoio na base da escada é uma boa escolha porque assim a força na base não entra na equação de torque (pois o torque dela seria zero, já que a distância é zero).
Passo 4
Vamos calcular o torque causado pelo peso do homem em relação à base da escada. O torque (
) é dado por:
A distância perpendicular aqui é a metade do comprimento da escada multiplicada pelo seno do ângulo que a escada forma com o chão.
Primeiro, calculamos o ângulo
usando trigonometria:
Passo 5
Agora, calculamos o torque devido ao peso do homem:
Passo 6
Para que a escada esteja em equilíbrio, o torque causado pela força da parede deve ser igual e oposto ao torque do homem:
Substituindo os valores:
Passo 7
Analisando as opções disponíveis, a mais próxima de 533,33 N é 600 N.
Resposta
A força que a parede exerce sobre a escada é 600 N, opção b.
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a) É constante durante seus giros.
b) Varia com o torque dos pés no chão.
c) Diminui quando ela gira mais rápido.
d) Varia com a posição dos braços e da bandeira.
a) É constante durante seus giros.
b) Varia com o torque dos pés no chão.
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Escolha uma opção:
a.
Menor que o limite elástico.
b.
Nenhuma das outras respostas dadas.
c.
Maior que o limite elástico.
d.
Ligeiramente menor que o limite de ruptura.
e.
Ligeiramente maior que o limite de ruptura.
Escolha uma opção:
a.
Menor que o limite elástico.
b.
Nenhuma das outras respostas dadas.
c.
Maior que o limite elástico.
d.
Ligeiramente menor que o limite de ruptura.
e.
Ligeiramente maior que o limite de ruptura.